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Elementi dei blocchi s, p:
Nel programma delle lezioni gli elementi (Na, Mg, Ca, C, N, P, O, S, Cl)* sono indicati come ‘saperi minimi’.
È comunque importante studiare a fondo tutti gli elementi dei blocchi s e p.
A tale scopo si consiglia di approfondire lo studio della
CHIMICA INORGANICA
sul testo n. 10 del programma ‘D.H. Bandinelli - CHIMICA INORGANICA - Piccin;
GRUPPO I
ns1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Na (2,7 %) e K (2,2 %) sono i più abbondanti.
salgemma (NaCl), nitrato del Cile (NaNO3) e
silvina (KCl)
Elettrolisi dei sali fusi.
Idruri (NaH), ossidi (Li2O), perossidi (Na2O2),
superossidi (KO2), idrossidi (NaOH), alogenuri
(NaCl), solfati (Na2SO4), nitrati (NaNO3) e
carbonati (NaHCO3,Na2CO3).
Stato naturale
Preparazione
Composti
GRUPPO II
ns2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra.
Mg (2,7 %) e Ca (4,6 %) sono i più abbondanti.
Il Mg si trova nel mare e in alcuni minerali:
magnesite (MgCO3) e dolomite (MgCO3∙CaCO3) e varie rocce. Il Ca si trova come calcare (CaCO3), gesso (CaSO4∙2H2O), fosforite (Ca3(PO4)2) e fluorite(CaF2).
Elettrolisi dei sali (cloruri) fusi.
Idruri (BeH2), ossidi (MgO), perossidi (CaO2) e idrossidi (Ca(OH)2), Sali quali alogenuri (CaCl2), carbonati (CaCO3), nitrati (Ca(NO3)2), solfati (MgSO4∙7H2O sale amaro, il gesso, BaSO4) e fosfati (Ca3(PO4)2,CaHPO4 e Ca(H2PO4)2). L’idrossiapatite3Ca3(PO4)2 ∙Ca(OH)2 e costituente ossa e denti.
Stato naturale
Preparazione
Composti
GRUPPO III
ns2np1B, Al, Ga, In, Tl
B (non raro) e Al (8,0 % massa crosta) sono i più abbondanti. Gli altri (Ga, In, Tl) sono rari
Il B si trova come acido borico (H3BO3) e in depositi di borace o kernite (NaB4O7∙yH2O con y =10 o 4).
Al è costituente delle rocce, si trova come bauxite (Al2O3
∙xH2O con x variabile) e corindone (Al2O3 cristallino) che con impurezze → zaffiro (Fe e Ti) o rubino (Cr).
BBr3(l) + 3 2H2(g) → B(s) + 3HBr(g) (cristallino)
B2O3(s) + Mg(s) → 2B(s)+3MgO(s) (amorfo)
L’Al viene ottenuto per elettrolisi dell’ossido puro con aggiunta di criolite (Na3AlF6) per abbassare la T di fusione. L’Al si passiva e non viene attaccato facilmente.
Stato naturale
Preparazione
GRUPPO III
ns2np1B, Al, Ga, In, Tl
Il B forma l’ossido a carattere acido B2O3, acido borico
(B(OH)3) (Lewis)
B(OH)3(aq) + 2H2O(l) → H3O+(aq) + [B(OH)4]
-(aq)
Alogenuri
B2O3(s) + 3CaF2(s)+H2SO4(aq) → 2BF3(g)+3CaSO4(s) + 3H2O(l)
2B2O3(s) + 3C(s) + 6Cl2(g) → 4BCl3(gl) + 3CO2(g)
Borani
Composti volatili tossici (diborano) B2H6(g) o con formula BnHn+4 e
BnHn+6
Composti
GRUPPO III
ns2np1B, Al, Ga, In, Tl
L’Al forma l’ossido (allumina) Al2O3, ottenuto per
disidratazione dall’idrossido (Al(OH)3), il solfato Al2(SO4)3), e
allumi serie isomorfa di sali (MIMIII(SO4)2∙12H2O)
Alogenuri
Al2O3(s) + 3C(s) + 3Cl2(g) → 2AlCl3(s) + 3CO(g)
AlCl3(s) sublima a 192 °C con vapore di Al2Cl6. reagisce con l’acqua
formando ione esaaqualluminio(III). cloruro idrato [Al(H2O)6]Cl3
[Al(H2O)6]Cl3(aq)→ [Al(H2O)6]3+(aq) + 3Cl-(aq)
Composti
GRUPPO IV
ns2np2 C, Si, Ge, Sn, Pb.
Abbondanza C (0.04%), Si (26 %), Ge, Sn e Pb poco
abbondanti.
Per il C abbiamo grafite, diamante e fullereni.
Il Si(s) ha una struttura come al diamante e si ottiene
per riduzione dell’ossido con carbone coke
SiO2(s) + 2C(s) → Si(s) + 2 CO(g)
CO, CO2, H2CO3
Stato naturale
Preparazione
Composti
GRUPPO V
ns2np3 N, P, As, Sb, Bi.
Abbondanza N (0.03%), P (0.11 %), As, Sb, Bi sono
tra i più rari.
L’azoto si trova principalmente nell’atmosfera (N2
76% massa o 78% volume).Il fosforo si trova come
fosfato nei minerali fosforite (Ca3(PO4)2) e apatiti
3Ca3(PO4)2 ∙CaX2 con X=F, Cl, OH.
L’azoto è un gas incolore che condensa a -196 °C.
Viene ottenuto per distillazione frazionata dell’aria,
In laboratorio per decomposizione termica di
NH4NO2(aq) →N2(g) + 2H2O(g)
Stato naturale
Preparazione
GRUPPO V
ns2np3Idruri: ammoniaca NH3 e idrazina N2H4.
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3 (g)
Ossido di diazoto (N2O) incolore, non tossico (esilarante) si ottiene per decomp. Termc.
NH4NO3(aq) →N2O(g) + 2H2O(g)
Ossido di azoto (NO) incolore, 1 e-, libero (paramagnetico), intermedio sintesi acido nitrico. Si ottiene per ossidazione catalitica (Pt) a 1000 °C da NH3
2NH3(g) + 5 2O2(g) →2NO(g) + 3H2O(g).
Si forma nei motori a scoppio per reazione diretta endotermica
N2(g) + O2(g) →2NO(g)
Composti
GRUPPO V
ns2np3 diossido di azoto (NO2) è un gas rosso-bruno,
velenoso di odore pungente,1 e-, libero
(paramagnetico). si ottiene per ossidazione di NO.
2NO + O2(g) →2NO2 (g)
Può formare per dimerizzazione il tetraossido di
diazoto (N2O4) incolore, e diamagnetico.
2NO2(g) ← N2O4(g)
Sotto gli -11 °C è presente solo N2O4.
Il diossido in presenza di acqua dismuta e forma:
3NO2 + H2O →2HNO3 +NO (g)
Composti
GRUPPO V
ns2np3Acido nitroso (HNO2)
è instabile e si ottiene facendo reagire un nitrito con un acido forte. Si decompone immediatamente in:
3HNO2 (aq) → HNO3(aq) + 2NO2 (g) + H2O (l)
I nitriti possono essere ottenuti per decomposizione termica dei nitrati
NaNO3 (s) → NaNO2(s) + ½O2 (g)
Acido nitrico (HNO3)
è un liquido incolore (bolle 84 °C), un acido forte, e un forte ossidante (quasi tutti i metalli). Si riduce in NO oppure NO2 a secondo della concentrazione, viene preparato partendo da NH3 si ottiene NO, che viene successivamente ossidato a NO2 che dismuta in HNO3
(processo Ostwald)
3NO2 + H2O →2HNO3 +NO (g)
Composti
GRUPPO V
ns2np3 Il fosforo viene ottenuto dai minerali usando carbone
e silice oltre 1000°C.
2Ca3(PO4)2(s) + 10C(s) + 6SiO2 →P4(g)↑ + 6 CaSiO3(l) + 10CO(g)↑
P4 condensa in fosforo bianco (tossico). Questo
riscaldato in assenza di Ossigeno forma il fosforo
rosso. Mentre se riscaldato e soggetto ad altissime
pressioni si ottiene il fosforo nero, l’allotropo più
stabile.
Forma idruri la fosfina (PH3) e alogenuri, PX3 e PX5,
che reagiscono con l’acqua:
PCl3 (l) + 3H2O(l) → H3PO3(l) + 3HCl(g)↑
PCl5(s) + 4H2O(l) → H3PO4(l) + 5HCl(g)↑
Stato naturale
Preparazione
Composti
GRUPPO V
ns2np3Forma ossidi P4O6 e P4O10, che si ottengono bruciando il fosforo bianco in difetto e in eccesso di aria.
Forma acidi ossigenati:
Acido fosfinico (o ipofosforoso) H3PO2 (monoprotico)
Acido fosfonico (o fosforoso) H3PO3 (diprotico)
Acido fosforico (o ortofosforico) H3PO4 (triprotico)
L’acido fosforico può essere preparato dal fosforo bianco per azione del HNO3 concentrato.
1 4P4(s) + 5HNO3(aq) → H3PO4(aq) + 5 NO2(g) + H2O(l)
Acidi polifosforici da condensazione del fosforico
2H3PO4→ H4P2O7 + H2O acido profosforico
3H3PO4→ H5P3O10 + 2H2O acido trifosforico
4H3PO4→ H6P4O13 + 3H2O acido tetrafosforico.
Composti
GRUPPO VI
ns2np4O, S, Se, Te, Po. (calcogeni)
Abbondanza O (47 %), S (0.03 %), Se, Te e Po sono rari.
L’ossigeno (O) è molto diffuso nell’aria (O2 23% massa o 21% volume), nell’acqua e in molti minerali.
Lo zolfo (S) si trova sia allo stato elementare (in varie forme allotropiche: quella più comune è un anello di 8 atomi, S8) sia in molti solfuri: galena (PbS), blenda(ZnS), cinabro (HgS) e pirite (FeS2).
L’O2 è un gas (paramagnetico) senza odore e sapore, condensa a -183 °C e viene ottenuto principalmente per distillazione frazionata dell’aria. Può essere ottenuto per elettrolisi dell’acqua o decomposizione termica (catlizzata) di clorati metallici:
KClO3(s) → KCl(s) + 3 2O2(g)
Stato naturale
Preparazione
GRUPPO VI
ns2np4L’ozono O3 , seconda forma allotropica dell’ossigeno, è
un gas (diamagnetico) odore pungente e colore bluastro.
3O2(g) → 2O3(g)
Endotermica, fortemente spostata a sinistra nella
troposfera, nella stratosfera grazie agli UV si sposta a
destra.
L’O forma composti con quasi tutti gli elementi, in
particolare ricordiamo l’acqua (H2O) e il perossido di
idrogeno (H2O2). Quest’ultimo è instabile e si decompone
lentamente:
H2O2(l) → H2O(l) +½O2(g)
Si ottiene trattando perossido di bario con H2SO4
BaO2(s) +H2SO4(aq) → BaSO4(s) +H2O2(aq)
composti
GRUPPO VI
ns2np4 Lo zolfo forma composti con n.o. -2, +4 e +6.
Acido solfidrico (H2S) è un gas tossico
maleodorante, come acido è debole nella prima
dissociazione e debolissimo nella seconda. Si ottiene
da un solfuro ed un acido
FeS(s) + 2HCl (aq) → FeCl2(aq) + H2S(g)↑
I solfuri, esclusi quelli del I e del II gruppo, sono
poco solubili, e riscaldati all’aria
ZnS(s) + 3 2O2(g) → ZnO + SO2(g).
S tende a formare legami singoli (− S−S−) portando
ai polisolfuri 𝑆𝑛2− con n variabile da 2 a 6.
Ossidi (SO2 e SO3) e ossoacidi (H2SO3 e H2SO4)
SO2 è un gas tossico incolore maleodorante, si
ottiene bruciando S oppure H2S.
Composti
GRUPPO VI
ns2np4 Ossidi (SO2 e SO3)
La preparazione di H2SO4 parte dal SO2 che viene
ossidato a SO3 in presenza di catalizzatori.
SO2(g) + ½O2(g) → SO3(g)
Ossoacidi (H2SO3, H2SO4 e H2S2O7)
I Sali idogenosolfati e solfati. I solfati sono quasi
tutti solubili eccetto quelli di Ca, Sr, Ba e Pb.
La sostituzione di un O con S porta ai tiocomposti,
Questi si ottengono sciogliendo zolfo in soluzioni di
solfiti alcalini.
𝑆𝑂32− 𝑎𝑞 + 𝑆 𝑠 → 𝑆2𝑂3
2−(𝑎𝑞)
Alogenuri: Lo zolfo reagisce con tutti gli alogeni
escluso lo iodio. Con il fluoro forma diversi fluoruri
SF2, SF4 e SF6
Composti
GRUPPO VII
ns2np5 F, Cl, Br, I, At. (Alogeni)
Abbondanza F (0.06%), Cl (0.14 %), Br e I sono rari.
At non esiste in natura (tutti gli isotopi sono
radioattivi).
Il F si trova in natura come criolite (Na2AlF6) e
fluorite (CaF2). Il cloro (Cl) è molto diffuso nei mari
e si trova come salgemma.
Tutti gli alogeni formano molecole biatomiche X2. A
temperatura ambiente F2 è un gas giallo, Cl2 un gas
giallo-verde, Br2 un liquido rosso e I2 un solido
rosso-bruno.
Il fluoro (F2) può essere ottenuto solo da elettrolisi di
fluoruri fusi. Il cloro (Cl2), invece, elettrolisi sia dei
cloruri fusi che da soluzioni di NaCl.
Stato naturale
Preparazione
GRUPPO VII
ns2np5 Alogenuri di idrogeno: questi sono degli acidi, quello
fluoridrico (HF) debole, gli altri forti (HCl, HBr, HI).
HF viene preparato riscaldando la fluorite (CaF2) con
H2SO4 :
CaF2(s) + H2SO4 (aq con) → CaSO4(s) + HF(g)↑
Anche HCl viene preparato mediante reazione di
scambio
2NaCl(s) + H2SO4 (aq con) → Na2SO4(aq) + 2HCl(g)↑
Ossoacidi e ossosali: Il cloro (come Br e I) forma ossoacidi con
n.o. +1, +3, +5 e +7 ( HClO, HClO2, HClO3 e HClO4). Sono
tutti forti agenti ossidanti:
Acido ipocloroso (HClO) si ottiene
Cl2(g) + H2O(l) ← HClO(aq) + HCl(aq)
Reazione poco spostata a destra.
composti
GRUPPO VII
ns2np5Se Cl2 viene sciolta in una soluzione alcalina fredda l’equilibrio viene completamente spostato a destra:
Cl2(g) +2OH- (aq) → ClO-(aq) + Cl-(aq) + H2O(l)
I clorati si ottengono per trattamento di soluzioni alcaline con Cl2 a caldo:
3Cl2(g) +6OH- (aq) → ClO3-(aq) + 5Cl-(aq) + 3H2O(l)
L’acido perclorico (HClO4) è uno degli acidi più forti, sia per l’elevato numeri di O, sia per effetti di risonanza. I perclorati sono relativamente stabili, tranne NH4ClO4 che esplode sopra i 200 °C:
2NH4ClO4(s) → N2(g) + Cl2(g) + 2O2(g) + 4H2O(g).
Composti interalogenici, di formula XY, XY3, XY5 e XY7, con Y più elettronegativo di X, più alta la differenza di elettronegatività più stabili i composti. I più semplici biatomiche XY (ClF, BrCl,…).
composti